Le 28 octobre dernier, l’équipe d’iGEM Génopole Evry Paris-Saclay remporte une médaille d’or de la prestigieuse compétition iGEM grâce à leur conception d’un langage bactérien, qu’ils ont nommé “PEP Talk”.
Cette compétition a été créée en 2004 par le MIT et porte sur la conception de méthodes et de produits utilisant la biologie synthétique. Cette filière de la biologie a pour but de modifier les propriétés intrinsèques des cellules dans le but de changer leur comportement. Au début de la compétition, chaque équipe participante reçoit un kit composé d’une variété de composants génétiques – promoteurs, vecteurs de clonage, gènes rapporteurs – et doit construire des nouveaux circuits génétiques synthétiques utilisables dans des cellules vivantes à partir de leurs connaissances et de ce kit.
L’équipe d’Evry a ainsi su convaincre le jury grâce à leur capacité de vulgarisation et à leur projet novateur : la création d’un langage bactérien universel. En effet, naturellement, les bactéries sont capables de communiquer, que ce soit directement entre elles, donc entre bactéries du même type, ou alors entre bactéries de deux types différents, mais ces capacités communicatives sont limitées. Dans ces conditions, il est difficile pour les chercheurs de faire travailler des bactéries de différents types en même temps. La création d’un langage universel bactérien permettrait ainsi aux différentes bactéries de s’organiser et de travailler dans un but commun et de faciliter la recherche liée aux bactéries. La communication est effectivement un principe universel qui s’applique au niveau macroscopique – à l’échelle humaine -, mais aussi au niveau microscopique – à l’échelle cellulaire – , avec les multiples signaux cellulaires existants. La communication est une adaptation importante permettant aux cellules d’adopter un destin collectif en s’organisant comme un seul et même organisme et en agissant comme un tout. Cependant, le choix du langage est très important : il ne faut, en aucun cas, qu’une ambiguïté puisse exister, cela pourrait avoir de graves conséquences sur le destin des cellules et, à terme, sur le destin de l’organisme. En effet, si le vocabulaire est trop limité, si deux signaux similaires amènent à des actions opposées ou si le congénère n’est pas capable de comprendre ce que dit l’autre, la communication ne pourra s’effectuer dans de bonnes conditions.
L’ingénierie biologique a su transformer les bactéries en biosenseurs, en nanorobots, en usine de production ou a même été capable de séparer leurs constituants pour les utiliser en vecteur de transfection comme dans le système CrispR-cas9 par exemple. Le but de leur projet a donc été de construire un langage synthétique extensible à l’aide d’un peptide (1) caractéristique d’un virus bactérien, plus communément appelé bactériophage (2), de la famille des SPβ. Le peptide nommé “Arbitrium” est à l’origine du système de signalisation viral logiquement appelé “Arbitrium system” décrit par Erez et al. Nature (2017) 541, 488-493. Plusieurs étapes sont clés dans la réalisation de ce système. Tout d’abord, le bactériophage infecte la bactérie avant de répliquer son matériel génétique en son sein. Le bactériophage va ensuite entrer dans son cycle de lyse et ainsi, “tuer” sa bactérie hôte. La mort de la bactérie va avoir comme effet d’expulser le phage ainsi qu’un peptide Arbitrium dans le milieu extracellulaire. Le phage va alors infecter une nouvelle bactérie. Au fur et à mesure que le nombre de bactéries infectées et mortes augmentent, la concentration extracellulaire d’Arbitrium augmente. Au bout d’une certaine concentration de ce peptide, ceux-ci vont être capables de faire changer le cycle du phage. En effet, à la prochaine bactérie infectée, le phage, suite aux signaux du peptide Arbitrium, ne rentrera plus dans un cycle lytique mais dans un cycle lysogénique (3), permettant ainsi à la cellule de survivre. Ce phénomène permet au phage de ne pas tuer tous ses potentiels hôtes, ce qui l’amènera également à sa mort.
Figure 1 : mécanisme d’action simplifié du système Arbitrium (adaptée d’après Erez et al. Nature (2017) 541, 488-493).
Figure 2 : cycle lytique et lysogène des phages – Nature Reviews Genetics
Dans le cadre de ce système, il est important de noter qu’il n’existe pas qu’un seul type de peptide Arbitrium mais 17 ! En plus de cette variabilité, il s’avère que le peptide peut être reconnu par différents récepteurs, ce qui augmenterait le nombre de mots possibles grâce aux différentes liaisons peptides-récepteurs. 17 peptides différents pouvant ainsi signifier 17 mots de vocabulaires différents, ajouté à cela le fait que chacun pourrait se fixer à plusieurs récepteurs différents, augmentant ainsi le vocabulaire possible des bactéries.
Tout cela est plutôt intéressant dans le cadre d’un projet visant à créer un langage bactérien, n’est-ce pas ?
Les juges ont visiblement apprécié ce travail puisque l’équipe iGEM a remporté pour la deuxième année consécutive une médaille d’or, rejoignant ainsi les 113 autres équipes ayant remporté l’or en cette année 2018. Elle a même été nominée pour le prix récompensant la création de la meilleure nouvelle « composite part ». Essentielles pour modifier le comportement d’une bactérie, ces « parts » sont des briques d’ADN destinées à être insérées dans ces micro-organismes.
Spencer a écrit “La Science est un savoir organisé” : le fait de permettre aux bactéries de communiquer entre elles via un langage créé de toutes pièces ne leur permettrait-elles pas d’accéder, à terme, à un savoir bel et bien organisé ?
Définitions
(1) Peptide : un polymère de quelques acides aminés de structure similaire aux protéines qui sont des polymères longs d’acides aminés.
(2) Bactériophage : virus infectant les bactéries.
(3) Cycle lytique et cycle lysogénique : le premier entraîne la mort de la cellule alors que le second entraîne seulement l’intégration du génome viral au sein de la bactérie – voir figure 2.
Références article
Projet “PEP Talk” porté par l’équipe iGEM Genopole Évry Paris-Saclay 2017-2018
Pour plus d’informations à propos du projet et de l’équipe : http://2018.igem.org/Team:Evry_Paris-Saclay
Pour contacter l’équipe : igemevry@gmail.com
Références figures
Dessin “PEP Talk” : iGEM Genopole Évry Paris-Saclay
Mécanisme d’action simplifié du système Arbitrium
Figure cycle lytique et lysogène
Ecrit par Adèle Mazelin (Master Histoire des Sciences, Paris 1 Panthéon Sorbonne) et reformulé par Mathilde Bouchet grâce au site suivant http://2018.igem.org/Team:Evry_Paris-Saclay